浏览器缓存知识基础

作为前端开发工程师，浏览器缓存机制用已经成了我们的必修课，虽然我们能做的并不多，但是怎样合理的利用缓存机制优化我们的站点、应用的效率依然有不小的可控制空间。

web端的缓存有很多种，下面简单的介绍。

web缓存的种类

1 数据库缓存

数据库缓存是一种数据库层面的缓存方案。当web应用的关系比较复杂，数据库中的表很多的时候，如果频繁进行数据库查询，很容易导致数据库不堪重荷。为了提供查询的性能，将查询后的数据放到内存中进行缓存，下次查询时，直接从内存缓存直接返回，提供响应效率。

2 CDN缓存

CDN缓存一般是由网站管理员自己部署，为了让他们的网站更容易扩展并获得更好的性能。通常情况下，浏览器先向CDN网关发起Web请求，网关服务器后面对应着一台或多台负载均衡源服务器，会根据它们的负载请求，动态将请求转发到合适的源服务器上。从浏览器角度来看，整个CDN就是一个源服务器，从这个层面来说，浏览器和服务器之间的缓存机制，在这种架构下同样适用。

3 代理服务器缓存

代理服务器是浏览器和源服务器之间的中间服务器，浏览器先向这个中间服务器发起Web请求，经过处理后（比如权限验证，缓存匹配等），再将请求转发到源服务器。代理服务器缓存的运作原理跟浏览器的运作原理差不多，只是规模更大。

4 浏览器缓存

每个浏览器都实现了 HTTP 缓存，我们通过浏览器使用HTTP协议与服务器交互的时候，浏览器就会根据一套与服务器约定的规则进行缓存工作。

也是我们本文需要讲解的重点

5 应用层缓存

应用层缓存是指我们在代码层面上做的缓存。通过代码逻辑，把曾经请求过的数据或资源等，缓存起来，再次需要数据时通过逻辑上的处理选择可用的缓存的数据。

关于浏览器缓存

浏览器缓存是浏览器在本地磁盘对用户最近请求过的文档进行存储，当访问者再次访问同一页面时，浏览器就可以直接从本地磁盘加载文档。

浏览器缓存的优点有：

减少了冗余的数据传输，节省了网费

减少了服务器的负担，大大提升了网站的性能

加快了客户端加载网页的速度

浏览器缓存是提升web性能的一大利器，但是浏览器缓存如果使用不当，也会产生很多问题，并不是很容易的事。所以，结合最近遇到的案例，本文对浏览器缓存相关的知识进行总结归纳，希望对读者有所帮助。

浏览器缓存主要有两类：协商缓存和强缓存，也有称之为缓存协商和彻底缓存

1）浏览器在加载资源时，先根据这个资源的一些http header判断它是否命中强缓存，强缓存如果命中，浏览器直接从自己的缓存中读取资源，不会发请求到服务器。比如某个css文件，如果浏览器在加载它所在的网页时，这个css文件的缓存配置命中了强缓存，浏览器就直接从缓存中加载这个css，连请求都不会发送到网页所在服务器；

2）当强缓存没有命中的时候，浏览器一定会发送一个请求到服务器，通过服务器端依据资源的另外一些http header验证这个资源是否命中协商缓存，如果协商缓存命中，服务器会将这个请求返回，但是不会返回这个资源的数据，而是告诉客户端可以直接从缓存中加载这个资源，于是浏览器就又会从自己的缓存中去加载这个资源；

3）强缓存与协商缓存的共同点是：如果命中，都是从客户端缓存中加载资源，而不是从服务器加载资源数据；区别是：强缓存不发请求到服务器，协商缓存会发请求到服务器。

4）当协商缓存也没有命中的时候，浏览器直接从服务器加载资源数据。

强缓存

强缓存是利用http的返回头中的Expires或者Cache-Control两个字段来控制的，用来表示资源的缓存时间。

Expires

该字段是http1.0时的规范，它的值为一个绝对时间的GMT格式的时间字符串，比如Expires:Sun, 08 Jan 2017 01:08:21 GMT。这个时间代表着这个资源的失效时间，在此时间之前，即命中缓存。这种方式有一个明显的缺点，由于失效时间是一个绝对时间，所以当服务器与客户端时间偏差较大时，就会导致缓存混乱。



Cache-Control

Cache-Control是http1.1时出现的header信息，主要是利用该字段的max-age值来进行判断，它是一个相对时间，例如Cache-Control:max-age=3600，代表着资源的有效期是3600秒。



cache-control除了该字段外，还有下面几个比较常用的设置值：

Public：指示响应可被任何缓存区缓存。

Private：指示对于单个用户的整个或部分响应消息，不能被共享缓存处理。这允许服务器仅仅描述当用户的部分响应消息，此响应消息对于其他用户的请求无效。

no-cache：指示请求或响应消息不能缓存

no-store：用于防止重要的信息被无意的发布。在请求消息中发送将使得请求和响应消息都不使用缓存。

max-age：指示客户机可以接收生存期不大于指定时间（以秒为单位）的响应。

min-fresh：指示客户机可以接收响应时间小于当前时间加上指定时间的响应。

max-stale：指示客户机可以接收超出超时期间的响应消息。如果指定max-stale消息的值，那么客户机可以接收超出超时期指定值之内的响应消息。

Cache-Control与Expires可以在服务端配置同时启用，同时启用的时候Cache-Control优先级高。

协商缓存

协商缓存就是由服务器来确定缓存资源是否可用，所以客户端与服务器端要通过某种标识来进行通信，从而让服务器判断请求资源是否可以缓存访问，这主要涉及到下面两组header字段，这两组搭档都是成对出现的，即第一次请求的响应头带上某个字段（Last-Modified或者Etag），则后续请求则会带上对应的请求字段（If-Modified-Since或者If-None-Match），若响应头没有Last-Modified或者Etag字段，则请求头也不会有对应的字段。

Last-Modify/If-Modify-Since

浏览器第一次请求一个资源的时候，服务器返回的header中会加上Last-Modify，Last-modify是一个时间标识该资源的最后修改时间，例如Last-Modify: Mon, 10 Oct 2016 08:29:58 Asia/Shanghai。



当浏览器再次请求该资源时，request的请求头中会包含If-Modify-Since，该值为缓存之前返回的Last-Modify。服务器收到If-Modify-Since后，根据资源的最后修改时间判断是否命中缓存。



如果命中缓存，则返回304，并且不会返回资源内容，并且不会返回Last-Modify。



ETag/If-None-Match

与Last-Modify/If-Modify-Since不同的是，Etag/If-None-Match返回的是一个校验码。ETag可以保证每一个资源是唯一的，资源变化都会导致ETag变化。服务器根据浏览器上送的If-None-Match值来判断是否命中缓存。



与Last-Modified不一样的是，当服务器返回304 Not Modified的响应时，由于ETag重新生成过，response header中还会把这个ETag返回，即使这个ETag跟之前的没有变化。

响应过程如下：



为什么要有Etag

HTTP1.1中Etag的出现主要是为了解决几个Last-Modified比较难解决的问题：

一些文件也许会周期性的更改，但是他的内容并不改变(仅仅改变的修改时间)，这个时候我们并不希望客户端认为这个文件被修改了，而重新GET；

某些文件修改非常频繁，比如在秒以下的时间内进行修改，(比方说1s内修改了N次)，If-Modified-Since能检查到的粒度是s级的，这种修改无法判断(或者说UNIX记录MTIME只能精确到秒)；

某些服务器不能精确的得到文件的最后修改时间。

Last-Modified与ETag是可以一起使用的，服务器会优先验证ETag，一致的情况下，才会继续比对Last-Modified，最后才决定是否返回304。

强缓存与协商缓存的区别可以用下表来表示：

缓存类型	获取资源形式	状态码	发送请求到服务器
强缓存	从缓存取	200（from cache）	否，直接从缓存取
协商缓存	从缓存取	304（Not Modified）	否，通过服务器来告知缓存是否可用

用户行为对缓存的影响

用户操作	Expires/Cache-Control	Last-Modied/Etag
地址栏回车	有效	有效
页面链接跳转	有效	有效
新开窗口	有效	有效
前进回退	有效	有效
F5刷新	无效	有效
Ctrl+F5强制刷新	无效	无效

缓存总结流程图

cache-control指令使用



另外关于浏览器缓存在项目中实际使用的情况，将在后续文章中结合实际千万级项目整理

参考

1.HTTP缓存策略

2.浏览器缓存知识小结及应用

3.透过浏览器看HTTP缓存

4.浅谈Web缓存